JP2006049215A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】グルコースを燃料として用いた燃料電池の酵素固定化電極の耐熱性の向上を図る。
【解決手段】イオン透過性を有する電解質層５が、燃料極１と空気極３とにより挟持されてなり、燃料極１には、触媒が固定化されてなり、この触媒は、グルコースデヒドロゲナーゼであり、燃料極１側から供給される燃料として、イオン強度が、０．１〜０．５ｍｏｌ／ｋｇに調整されたグルコース溶液を用いる燃料電池を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料としてグルコースを用いた構成の燃料電池に関する。

燃料電池は、基本的に燃料極と酸化剤極（空気極）と電解質層とを具備してなるものであり、動作原理は水の電気分解と逆動作で、水素と酸素により水（Ｈ₂Ｏ）を生成するとともに電気を発生するものである。
すなわち、燃料極に供給された燃料（水素）が酸化されて電子とプロトン（Ｈ⁺）とに分離し、電子は燃料極に渡され、Ｈ⁺は電解質層を介して空気極まで移動する。
他方、空気極では、このＨ⁺が外部から供給された酸素及び燃料極から外部回路を通って送られた電子と反応してＨ₂Ｏを生成する。

このように、燃料電池は、燃料の持つエネルギーを直接電気エネルギーに変換する高効率な発電装置であり、天然ガス、石油、石炭等の化石エネルギーがもつエネルギーを使用場所や使用時によらずに、しかも高い変換効率にて電気エネルギーとして取り出すことができる。
このため、従来から大規模発電用途等としての燃料電池の開発研究が活発に行われている。
例えば、スペースシャトルに燃料電池が搭載され、電力と同時に乗組員の水を供給できることや、クリーンな発電装置であることを証明した実績がある。

また、近年、電解質層にイオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池等、室温から９０℃程度の比較的低温な作動温度域を示す燃料電池が開発され、注目を集めている。
このため、大規模発電用途のみならず、自動車の駆動用電源、パーソナルコンピュータやモバイル機器等のポータブル電源等の小型システムへの応用が模索されつつある。

しかしながら、固体高分子型燃料電池は、先に述べたように低温な作動温度域を示すという利点があるものの、解決すべき多くの課題が残されている。
例えば、燃料としてメタノールを用い、かつ室温付近で動作させた場合のＣＯによる触媒被毒、クロスオーバーによるエネルギーロスの発生、Ｐｔ等の高価な貴金属の触媒が必要であること、燃料に水素を用いる場合の取り扱いが困難であること等である。

このような問題に鑑み、生物内で行われている生体代謝が高効率なエネルギー変換機構であることに着目し、これを燃料電池に適用するという提案がなされている。
ここでいう生体代謝には、微生物や細胞内で行われる呼吸、光合成等が含まれる。
生体代謝は、発電効率が極めて高く、また、室温程度の穏やかな条件で反応が進行するという利点を有している。

例えば、呼吸は、糖類、脂肪、タンパク質等の栄養素を微生物又は細胞内に取り込み、これらの化学エネルギーを、数々の酵素反応ステップを有する解糖系及びトリカルボン酸（以下、ＴＣＡという。）回路を介して二酸化炭素（ＣＯ₂）を生成する過程でニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（以下、ＮＡＤ⁺という。）を還元して還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）のような酸化還元エネルギー、すなわち電気エネルギーに変換し、さらに電子伝達系においてこれらのＮＡＤＨの電気エネルギーをプロトン勾配の電気エネルギーに直接変換するとともに酸素を還元し、水を生成する機構である。
ここで得られた電気エネルギーは、ＡＴＰ合成酵素を介して、ＡＤＰからＡＴＰを生成し、このＡＴＰは微生物や細胞が生育するために必要な反応に利用される。このようなエネルギー変換は、細胞質ゾル及びミトコンドリアで行われている。

また、光合成は、光エネルギーを取り込み、電子伝達系を介してニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（以下、ＮＡＤＰ⁺という。）を還元して還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）のような電気エネルギーに変換する過程で、水を酸化し酸素を生成する機構である。この電気エネルギーは、ＣＯ₂を取り込み炭素固定化反応に利用され、炭水化物の合成に利用される。

上述したような生体代謝を燃料電池に利用する技術としては、微生物中で発生した電気エネルギーを電子メディエータを介して微生物外に取り出し、この電子を電極に渡すことで電流を得る微生物電池が報告されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、エネルギー取り出しに酵素を用いるため、室温付近での動作はスムーズであるが、温度が高くなると（例えば５０℃を越えると）急激に酵素の劣化が起こり、電池性能が大きく低下してしまうという課題を有している。

特開２０００−１３３２９７号公報

ところで、燃料電池の触媒として酵素を用いることにより、グルコースのようなエネルギー密度の高い糖類から電気エネルギーをとることが可能である。

しかしながら、酵素は、生体内で最も活性が得られるようにできていること、および生体内で代謝される機構を持ち合わせていることから、一般的に耐熱性が低いものであり、酵素を用いた燃料電池を実用化する上で、技術上の課題となる。

そこで、本発明者らは、酵素であるグルコースデヒドロゲナーゼの熱耐性を向上させるべく、種々の研究を重ね、３０℃以上８０℃以下程度の高温領域においても、熱劣化を起こさずに安定に電気を取り出せる燃料電池を提案した。

本発明の燃料電池は、イオン透過性を有する電解質層が、燃料極と空気極とによりなる一対の電極によって挟持されてなる構成を有し、燃料極には触媒（グルコースデヒドロゲナーゼ）が固定化されてなり、燃料極側から供給される燃料として、イオン強度が、０．１〜０．５ｍｏｌ／ｋｇに調整されたグルコース溶液を用いるものとする。

本発明によれば、燃料として極めて安全な材料であるグルコースを用いて室温程度の温度で効率の良い発電を行うことができ、取り扱いも極めて容易な燃料電池を提供できた。
特に、燃料溶液のイオン強度について数値的に特定したことにより、触媒に酵素を用いるにもかかわらず、極めて優れた耐熱性が実現でき、比較的高温領域においても高い発電を効率を維持でき、実用面において利用度を拡張させることが可能となった。

以下、図面に基づいて本発明の燃料電池について具体的に説明する。
図１は、本発明の燃料電池の一実施の形態の概略構成図である。
燃料電池１０は、燃料極１と、空気極３と、燃料極１と空気極３とを隔離する電解質層５とで構成されている。

燃料極１では酵素及び電子メディエータが担持されてなり、燃料（グルコース）７から電子を取り出すとともにプロトン（Ｈ⁺）９を発生するようになされている。
空気極３では、燃料極１から電解質層５を介して移動してきたＨ⁺が空気中の酸素（Ｏ₂）と反応することによって水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。

より詳しくは、燃料極１は、例えばカーボンペーパー等よりなる多孔質電極上に、燃料の分解に関与する酵素と、燃料の酸化反応に伴って還元体が生成される補酵素（例えば、ＮＡＤ⁺、ＮＡＤＰ⁺等）と、補酵素の還元体（例えば、ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ等）を酸化する補酵素酸化酵素（例えば、ジアホラーゼ：ＤＩ）と、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極に渡す電子メディエータ（例えば、２−アミノ−３−カルボキシ−１,４−ナフトキノン；ＡＣＮＱ、ビタミンＫ３等）とが、固定化材（例えばポリマー等）により固定化された構成を有している。

燃料電池の触媒には、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を用い、燃料７には、イオン強度を調整したグルコース溶液を用いる。
本発明においては、燃料として用いるグルコースの溶液のイオン強度を０．１〜０．５ｍｏｌ／ｋｇに特定する。
そして酸化酵素の作用によって、β−Ｄ−グルコースが、Ｄ−グルコノ−δ−ラクトンに酸化される。
なお、Ｄ−グルコノ−δ−ラクトンは加水分解によりＤ−グルコネートになる。
さらに、用いる酸化酵素群に応じて、燃料の酸化反応により還元体となる補酵素と、補酵素還元体を酸化体に戻すとともに、１分子につき２つの電子を生成する補酵素酸化酵素が選択される。このような補酵素の存在により、燃料の酸化反応に伴って電子が生成されて取り出されることになる。すなわち、燃料（グルコース）７から電子を取り出すとともにプロトン（Ｈ⁺）９を発生する。

なお、燃料（グルコース）の分解に関与する酵素は、ＮＡＤ⁺依存型デヒドロゲナーゼであり、これらの酸化酵素を用いた場合、補酵素にはＮＡＤ⁺が用いられる。
ＮＡＤ⁺依存型デヒドロゲナーゼは、燃料を酸化（脱水素）することによって、補酵素ＮＡＤ⁺を還元し、ＮＡＤＨとＨ⁺を生成する。この反応は下記式（１）で表される。
燃料＋ＮＡＤ⁺→燃料の酸化体＋ＮＡＤＨ＋Ｈ⁺ ・・・（１）

生成されたＮＡＤＨは、ＤＩによりＮＡＤ⁺に酸化され、下記式（２）式に示すように、２つの電子とＨ⁺を発生する。
ＮＡＤＨ→ＮＡＤ⁺＋Ｈ⁺＋２ｅ^- …（２）

従って、燃料一分子につき一回の酸化反応で、２つの電子と２つのＨ⁺が生成されることになる。
上記プロセスで生成された電子はＤＩから電子メディエータを介して電極に渡され、Ｈ⁺は電解質層５を通って空気極３へ輸送される。

電子メディエータは、電極との電子の受け渡しを行うもので、燃料電池の電圧は、電子メディエータの酸化還元電位に依存する。つまり、より高い電圧を得るには、燃料極側ではよりネガティブな電位の電子メディエータを選ぶとよいが、電子メディエータの、酵素に対する反応親和性、電極との電子交換速度、阻害因子（光、酸素等）に対する構造安定性等も考慮しなければならない。このような観点から、燃料極１に作用する電子メディエータとしては、ＡＣＮＱやビタミンＫ３等が好適なものとして挙げられる。その他、例えばキノン骨格を有する化合物、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属錯体、ベンジルビオローゲン等のビオローゲン化合物、ニコチンアミド構造を有する化合物、リボフラビン構造を有する化合物、ヌクレオチド−リン酸構造を有する化合物等も電子メディエータとして用いることができる。

上記酵素、補酵素及び電子メディエータは、電極反応が効率よく定常的に行われるようにするために、トリス緩衝液、リン酸緩衝液等の緩衝液によって、酵素にとって最適なｐＨ、例えばｐＨ７付近に維持されていることが好ましい。ただし、ｐＨは用いる酵素それぞれに最適値が存在し、上述した値に限定されない。

上記酵素、補酵素及び電子メディエータは、緩衝液に溶解した状態で用いてもよいが、好ましくは固定化材を用いて電極上に固定化される。これにより、電極近傍で起こっている酵素反応現象を効率よく電気信号として捉えることが可能となる。このような固定化材としては、例えばグルタルアルデヒドとポリ−Ｌ−リシンを組み合わせて用いることができる。また、それぞれ単独でも、また他のポリマーであってもよい。

燃料極１が以上のように構成されることで、室温付近で燃料（グルコース）と接触することにより、直接Ｈ⁺を発生させることができる。
一方、空気極３においては、燃料極１から電解質層５を介して移動してきたＨ⁺が空気中の酸素（Ｏ₂）と反応することによって水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。

空気極３は、触媒が担持された炭素粉末あるいは炭素に保持されない触媒粒子により構成されている。
触媒には、例えば、白金（Ｐｔ）の微粒子、または鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）などの遷移金属と白金との合金あるいは酸化物などの微粒子が用いられる。
電解質層５の側から順に触媒あるいは触媒を含む炭素粉末よりなる触媒層と多孔質の炭素材料よりなるガス拡散層とが積層された構造を有している。

電解質層５は、燃料極１において発生したＨ⁺を空気極３に輸送するプロトン伝導膜であり、電子伝導性を持たず、Ｈ⁺を輸送することが可能な材料により構成されている。
例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸（ＰＦＳ）系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、ＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール共重合体）や、ＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコール共重合体）等からなるものが挙げられる。
特に、含フッ素カーボンスルホン酸基を有するイオン交換樹脂からなるものが好ましく、具体的には、ナフィオン（商品名、米国デュポン社）が挙げられる。

上述したような構成の酵素電池においては、燃料極１側で一種類以上のＮＡＤ⁺依存型デヒドロゲナーゼが燃料を酸化する際に、補酵素ＮＡＤ⁺からＮＡＤＨが生成される。生成したＮＡＤＨは、ＤＩにより電子メディエータを介して燃料極１へ二つの電子を受け渡し、ＮＡＤ⁺に戻る。
燃料極１に渡された電子は、外部回路を通って空気極３に到達することで、電流が発生する。また、上述したような過程で発生するＨ⁺は、電解質層５を介して空気極３まで移動する。そして空気極３では、到達したＨ⁺と、外部回路から供給された２つの電子と、酸素とから水が生成される。
従って、グルコースはＧＤＨにより１段階分解されることにより、グルコース一分子当たり二つの電子を取り出すことができる。

なお、燃料の分解方法は上記例に限定されない。例えば、グルコースは、ＧＤＨに加えてグルコノキナーゼとフォスフォグルコネートデヒドデヒドロゲナーゼ（ＰｈＧＤＨ）を用いることにより、二段階の酸化プロセスを経て２−ケト−６−フォスフォ−Ｄ−グルコネートに分解することができる。すなわち、Ｄ−グルコネートは、グルコノキナーゼの存在下、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）をアデノシン二リン酸（ＡＤＰ）とリン酸に加水分解することでリン酸化されて、６−フォスフォ−Ｄ−グルコネートになり、この６−フォスフォ−Ｄ−グルコネートは、ＰｈＧＤＨの作用により、２−ケト−６−フォスフォ−Ｄ−グルコネートに酸化される。

グルコースは、最終的にＣＯ₂まで分解することも可能である。この場合、糖代謝を利用する必要がある。この糖代謝を利用した複合酵素反応は、大きく分けて解糖系によるグルコースの分解及びピルビン酸の生成と、アセチルＣｏＡ化と、ＴＣＡ回路とからなるが、これらは広く知られた反応系である。

次に、上述したような構成の燃料電池について具体的なサンプルを作製し、燃料極側から供給する燃料であるグルコース溶液のイオン強度の数値を調整して、グルコースデヒドロゲナーゼの熱安定性について比較した。

〔比較例１〕
先ず、恒温セルホルダーを２５℃に設定しておき、分光光度計の波長は３４０ｎｍに設定しておく。
石英セル（層長１０ｍｍ）に、０．１Ｍトリス緩衝溶液（ｐＨ８．０）を１．３５ｍＬ、１．５Ｍグルコース水溶液０．１ｍＬ、及び４０ｍｇ／ｍＬ ＮＡＤ⁺水溶液０．０５ｍＬを加え、２５℃で５分間放置後、１．４ｍｇ／ｍＬのＧＤＨ溶液（０．１Ｍリン酸バッファーに溶解（ｐＨ７））を０．０２５ｍＬ加えた。これにより、イオン強度が０．０６の水溶液中にグルコースが含有された状態となった。
その後、３回転倒法により充分に混合し、直ちに２５℃に保持された分光光度計に移した。
反応開始後、正確に２分、５分経過したとき、この液につき波長３４０ｎｍにおける吸光度Ａ₂、Ａ₅を測定した。
活性値（Ａｃｔ：Ｕ／ｍｇ）を、以下の式（３）により算出した。
Ａｃｔ＝{（Ａ₅−Ａ₂）／３}×{１．５２５×１０^-3／６２２０}×１０⁶／Ｍ_E・・・（３）
但し、Ｍ_Eは、加えたＧＤＨの重量（ｍｇ）を示し、Ｕは、１分間に１μｍｏｌのＮＡＤＨを生成する酵素量を示す。
また、６２２０はＮＡＤＨのモル吸光係数（Ｌ・ｍｏｌ^-1・ｃｍ^-1）を示し、１．５２５×１０^-3は全溶液量（Ｌ）を示し、３は時間（分）、１０⁶はμｍｏｌ単位への変換係数を示す。

酵素溶液を小分けにしたサンプルを用意し、５０℃の温度条件下で、１時間、３時間、５時間、９６時間保持後に、それぞれのサンプルについて、上記活性試験を行った。

上記比較例１における活性測定データを図２に示し、活性値を表１に示す。

図２、及び表１から明らかなように、イオン強度が０．０６ｍｏｌ／ｋｇである水溶液中に燃料や酵素等を含有させた場合、経時的に活性が著しく劣化したことが分った。これは、高温条件下においてグルコースデヒドロゲナーゼの活性が徐々に劣化していくためである。

〔実施例１〕
燃料等を含有させる水溶液のイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した。なお、イオン強度は、ＮａＣｌを添加することによって調整した。その他の条件は、上記比較例１と同様にして活性試験を行った。
実施例１における活性測定データを図３に示し、活性値を表２に示す。

図３、及び表２から明らかなように、イオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した水溶液中に燃料や酵素等を含有させた場合、実用上の経過時間内を想定すると経時的な活性の劣化が極めて少ないことが分った。これは、高温条件下においてもグルコースデヒドロゲナーゼの活性の劣化を抑制できたからである。

また、燃料と酵素を含有させる水溶液のイオン強度について種々変更して、同様に活性試験を行ったところ、０．１〜０．５ｍｏｌ／ｋｇの範囲に調製することにより、高温条件下においてもグルコースデヒドロゲナーゼの活性の劣化が抑制され、長時間、高い活性が維持されることが確かめられた。

次に、具体的に触媒としてグルコースデヒドロゲナーゼを固定化した各種電極を作製し、これを燃料極とした酵素電池の出力を測定した。

〔比較例２〕
４ｃｍ²のカーボンペーパー上に、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ：天野エンザイム）リン酸緩衝溶液（４７μＭ）を７０μl、ＮＡＤ⁺リン酸緩衝溶液（２００ｍＭ）を３０μl、ＡＣＮＱエタノール溶液（１０ｍＭ）を９５μl、グルタルアルデヒド水溶液（０.１２５％）を１００μl、ポリ−Ｌ−リシン水溶液（１％）１００μlを混合した溶液を塗布し、室温にて風乾の後、蒸留水で水洗し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａとした。
このＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側に４００ｍＭのグルコース水溶液を導入した結果、２５℃で出力は確認できなかった。

〔比較例３〕
ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａに、ジアホラーゼ（ＤＩ：天野エンザイム）リン酸緩衝溶液（４７μＭ）７０μlをゆっくり添加し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａに後から染み込ませ、更にグルタルアルデヒド水溶液（０.１２５％）を１００μｌ、ポリ−Ｌ−リシン水溶液（１％）１００μlを混合した溶液を塗布し、室温にて風乾の後、蒸留水で水洗し、ＧＤＨ−ＤＩ/ＡＣＮＱ固定化電極Ｂとした。
このＧＤＨ−ＤＩ/ＡＣＮＱ固定化電極Ｂを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側に４００ｍＭのグルコース水溶液を導入した結果、２５℃で３ｍＷ/ｃｍ²の出力を確認した。

〔比較例４〕
上記ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側に４００ｍＭのグルコース水溶液を導入し、５０℃で１時間保持した。
この電極をＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｃとする。出力を確認したところ、出力は得られなかった。

〔比較例５〕
上記比較例４における測定後、燃料溶液を除去し、上記ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｃにジアホラーゼ（ＤＩ：天野エンザイム）リン酸緩衝溶液（４７μＭ）７０μlをゆっくり添加し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｃに後から染み込ませ、更にグルタルアルデヒド水溶液（０.１２５％）を１００μl、ポリ−Ｌ−リシン水溶液（１％）１００μlを混合した溶液を塗布し、室温にて風乾の後、蒸留水で水洗し、ＧＤＨ−ＤＩ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｄとした。
このＧＤＨ−ＤＩ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｄを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、４００ｍＭのグルコース水溶液を導入した結果、２５℃で出力は確認できなかった。

〔実施例２〕
ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側にイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した４００ｍＭのグルコース水溶液を導入し、５０℃で１時間保持した。
この電極をＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｅとする。出力を確認したところ、出力は得られなかった。

〔実施例３〕
上記実施例２における測定後、燃料溶液を除去し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｅにジアホラーゼ（ＤＩ：天野エンザイム）リン酸緩衝溶液（４７μＭ）７０μlをゆっくり添加し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｅに後から染み込ませ、更にグルタルアルデヒド水溶液（０.１２５％）を１００μl、ポリ−Ｌ−リシン水溶液（１％）１００μlを混合した溶液を塗布し、室温にて風乾の後、蒸留水で水洗し、ＧＤＨ−ＤＩ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｆとした。
このＧＤＨ−ＤＩ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｆを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側にイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した４００ｍＭのグルコース水溶液を導入した結果、２５℃で３ｍＷ／ｃｍ²の出力を確認した。

〔実施例４〕
ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ａを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側にイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した４００ｍＭのグルコース水溶液を導入し、８０℃で１時間保持した。この電極をＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｇとする。出力を確認したところ、出力は得られなかった。

〔実施例５〕
上記実施例４における燃料溶液を除去し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｇにジアホラーゼ（ＤＩ：天野エンザイム）リン酸緩衝溶液（４７μＭ）７０μlをゆっくり添加し、ＧＤＨ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｇに後から染み込ませ、更にグルタルアルデヒド水溶液（０.１２５％）を１００μl、ポリ−Ｌ−リシン水溶液（１％）１００μlを混合した溶液を塗布し、室温にて風乾の後、蒸留水で水洗し、ＧＤＨ−ＤＩ/ＡＣＮＱ固定化電極Ｈとした。
このＧＤＨ−ＤＩ／ＡＣＮＱ固定化電極Ｈを燃料極として、図１に示すような酵素電池を構成し、燃料極側にイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した４００ｍＭのグルコース水溶液を導入した結果、２５℃で０．０５ｍＷ／ｃｍ²の出力を確認した。

上述した比較例２〜５、及び実施例２〜５の燃料電池の出力測定結果を下記表３に示す。

比較例２、３から、酵素固定化電極にＤＩ（ジアホラーゼ）を付加することにより、常温条件下で出力向上効果が得られることが分った。
しかしながら、比較例４、５から明らかなように、酵素固定化電極を５０℃の条件下で１時間保存すると、酵素の活性が失われてしまい、実用上有効な出力が得られなかった。

一方において、実施例２、３から、燃料極のグルコース水溶液のイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した場合においては、酵素固定化電極を５０℃の条件下で１時間保存後においても、酵素固定化電極にＤＩ（ジアホラーゼ）を付加すると実用上有効な出力が得られることが分った。

また、実施例４、５から、燃料極のグルコース水溶液のイオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇに調整した場合においては、酵素固定化電極を８０℃の条件下で１時間保存後においても、酵素固定化電極にＤＩ（ジアホラーゼ）を付加すると出力が確認できた。

上述したことから、グルコースデヒドロゲナーゼを電極に固定化したとき、燃料溶液のイオン強度を調整することにより、酵素の耐熱性の向上が図られることが確認された。

本発明にかかる酵素電池の一例の概略構成図を示す。 イオン強度を０．０６ｍｏｌ／ｋｇとした場合のＧＤＨの活性試験の結果を示す。 イオン強度を０．３ｍｏｌ／ｋｇとした場合のＧＤＨの活性試験の結果を示す。

符号の説明

１‥‥燃料極、３‥‥空気極、５‥‥電解質層、７‥‥燃料、９‥‥プロトン

Claims (1)

1. イオン透過性を有する電解質層が、燃料極と空気極とによりなる一対の電極によって挟持されてなる燃料電池であって、
   前記燃料極には、触媒が固定化されてなり、
   前記触媒は、グルコースデヒドロゲナーゼであり、
   前記燃料極側から供給される燃料として、イオン強度が、０．１〜０．５ｍｏｌ／ｋｇに調整されたグルコース溶液を用いることを特徴とする燃料電池。
   
   
   
   
   
   
   
   

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